Олимпиада школьников Санкт-Петербургского государственного университета: Биология (2020-2021)

Олимпиада школьников Санкт-Петербургского государственного университета

Общеобразовательный предмет: биология
2020-2021 учебный год
10-11 класс
Вариант 1

Задания 1-6. Выберите ВСЕ правильные ответы. Максимальная оценка за каждое задание – 5 баллов.

1. Древние финикийские мореплаватели во времена исследования средиземноморского побережья могли в качестве припасов брать с собой:

• a. Картофельную муку
• b. Сушеные грецкие орехи
• c. Вяленые томаты
• d. Оливковое масло
• e. Подсолнечное масло

2. Молекулы АТФ образуются в клетке в ходе:

• a. Субстратного фосфорилирования
• b. Окислительного фосфорилирования
• c. Фотофосфорилирования
• d. Работы АТФ-синтазы
• e. Выработки тепла

3. У некоторого вида ламинарии ассимиляционная клетка спорофита содержит в ядре 44 хромосомы. Следовательно, у этого вида в норме:

• a. Зигота содержит 22 хромосомы
• b. Клетка мужского гаметофита содержит 22 хромосомы
• c. Макрогамета содержит 44 хромосомы
• d. Живая клетка пластины слоевища содержит 44 хромосомы
• e. Клетка спорофита на стадии анафазы митоза содержит 88 хромосом

4. Для популяций морских желудей (ракообразные), обитающих в прибрежной зоне Западной Атлантики показана возможность трансатлантического переноса особей к восточному побережью океана. Каковы возможные механизмы этого переноса?

• a. Перенос личинок течениями
• b. Активное плавание личинок
• c. Активное плавание взрослых животных
• d. «Путешествие» рачков на плавающих предметах
• e. Перенос рачков при помощи морских судов

5. Через кожный барьер в организм человека могут пройти:

• a. Вода
• b. Витамин D
• c. Личинка шистосомы
• d. Ланолин
• e. Гиалуроновая кислота

6. Некоторые брюхоногие моллюски в ходе эволюции полностью утратили раковину. Каковы возможные причины этой утраты?

• a. Переход к жизни в почве и лесной подстилке
• b. Переход к хищничеству
• c. Переход к жизни в толще воды
• d. Переход к паразитизму
• e. Переход к обитанию в пресных водах

Задание 7. Анализ биологического процесса. Рассмотрите рисунки и выполните задания. Максимальная оценка – 10 баллов.

Перед вами изображения различных стадий жизненного цикла некоторого паразитического животного.

1. Установите правильный порядок стадий, начиная с яйцеклетки.
   Ответ: бгвдеа
2. Выберите все правильные характеристики данного вида животных:
   a. Для этого организма характерен внутренний способ оплодотворения
   b. Организм размножается яйцеживорождением
   c. На стадии Д организм питается тканями хозяина
   d. В течение жизненного цикла организм несколько раз линяет
   e. На изображении А показана личинка организма
   Ответ: abd
3. Впишите русское название типа, к которому относится данный вид:
   Ответ: Круглые черви
4. Впишите русское название класса, к которому относится хозяин данного вида:
   Ответ: Млекопитающие
5. Впишите буквенное обозначение фотографий, выполненных при помощи флуоресцентной микроскопии.
   Ответ: а

Задание 8. Работа с изображениями объектов. Максимальная оценка – 5 баллов.

На рисунке изображены генеративные структуры представителей различных отделов высших растений.

Внесите русские названия этих отделов в отведенные поля рядом с соответствующими номерами:

1	Покрытосеменные (Цветковые)
2	Плауновидные (Плаунообразные, Плауны)
3	Голосеменные
4	Папоротниковидные (Папоротникообразные, Папоротники)
5	Хвощевидные (Хвощеобразные, Хвощи)

Задание 9. Работа с текстом. Максимальная оценка – 5 баллов.

Перед Вами текст, содержащий пять биологических ошибок. Необходимо сформулировать утвердительное предложение.

Биологическая эволюция – процесс, который сопровождается изменением генофонда популяций, формированием адаптаций, образованием и вымиранием как видов, так и других таксонов, преобразованием экосистем и биосферы в целом. К числу движущих сил эволюции, согласно синтетической теории, относятся такие механизмы, как мутационный процесс, поток генов, дрейф генов, видообразование и естественный отбор. Причем единственная сила, способная изменять частоту аллелей и генотипов в природных популяциях – естественный отбор, что и отражает его особую роль как ведущего эволюционного фактора. Необходимое условие для действия естественного отбора – наличие наследственной изменчивости. Мутации, которые служат материалом для действия других сил эволюции, возникают только в результате изменений окружающей среды.

Не секрет, что особенности среды изменяются во времени и в пространстве, а организмы приспосабливаются к этим изменениям. При этом мутационный процесс – единственный фактор, приводящий к появлению в данной популяции новых аллелей или генов. В результате носители полезных наследственных свойств имеют больше шансов выжить и оставить потомство. В ходе размножения они передают свои признаки особям следующих поколений, и это может привести к закреплению признака.

На протяжении долгого времени науке был известен лишь один способ передачи генетической информации между особями – от родителей к детям. Теперь доказано существование еще и горизонтального переноса, который осуществляется в том числе и между представителями одного поколения. Агентами передачи наследственной информации в этом случае могут быть вирусы и плазмиды, а результатом передачи — наследование благоприобретенных признаков, появившихся в результате модификационной изменчивости. Такой вариант передачи наследственных свойств используется в природе при передаче генов как между прокариотами, так и между эукариотическими организмами или от прокариот — к эукариотам. Неудивительно, что горизонтальный перенос широко внедряется человеком в практику селекции, в том числе при создании ГМО.

Ответы:

1. Видообразование является результатом действия эволюционных факторов, а не механизмом.
2. К изменению частоты аллелей (генотипов) приводит действие всех перечисленных выше механизмов (факторов) эволюции.
3. Мутации возникают спонтанно; мутагенез идет и при постоянстве окружающей среды.
4. Новые аллели (гены) могут появиться в популяции за счет потока генов (например, при миграции особей).
5. Результат горизонтального переноса генов относится к наследственной изменчивости (и наследования благоприобретенных признаков при этом не происходит).

Задание 10. Молекулярная биология и биоинформатика. Максимальная оценка – 5 баллов.

Фрагмент последовательности: 5’ – AGAAAAGCAATGGAAGTAGACCAAGTTGGATTCACAAATCATACACTAAGGCACTTTCGACCAAACTAGACATAG — 3’

1. Подбор праймеров:

• Прямой праймер: ATGGAAGTAGACCAA
• Обратный праймер: CTAGTTTGGTCGAAA
• Температура плавления прямого праймера: 42°С
• Температура плавления обратного праймера: 42°С

2. Рестрикция плазмиды:
Ответ: 1000 1019 2041

Задание 11. Биология клетки. Молекулярная биология. Максимальная оценка – 5 баллов.

Вопрос: Каким образом вы сможете установить правильность последовательности, полученной в результате ПЦР реакции в предыдущем задании? Кратко опишите принцип предложенного метода.

Ответ: Секвенирование (например, по Сэнгеру) проводится с одной и той же матрицей в четырех пробирках. Каждая из них содержит реакционную смесь, в которую добавлен один из четырех дидезоксирибонуклеотидов (ddATP, ddGTP, ddCTP, или ddTTP), у которых отсутствует 3′-гидроксильная группа, поэтому после их включения в цепь дальнейший рост цепи останавливается. Таким образом, в каждой пробирке образуется набор фрагментов ДНК разной длины, которые заканчиваются одним и тем же нуклеотидом. Продукты реакций формируют «секвенирующую лестницу», которая позволяет прочитать нуклеотидную последовательность фрагмента ДНК.

Задание 12. Работа с информацией. Максимальная оценка – 10 баллов.

1. Прочитайте фрагмент 1 и выберите верные утверждения:
Ответ: acd

2. Прочитайте фрагмент 1, рассмотрите рисунок 1 и выберите верные утверждения:
Ответ: abc

3. Прочитайте фрагмент 2 и выберите верные утверждения:
Ответ: ad

4. Опираясь на информацию, приведенную во фрагменте 2 и на рисунке 2, выберите правильные утверждения, характеризующие процесс образования проводящих тканей паразита:
Ответ: abcd

5. Используя информацию, приведенную в текстовых фрагментах и на рисунках, а также ваши знания, выберите верные утверждения:
Ответ: ab

Задание 13. Задача по генетике. Максимальная оценка – 10 баллов.

Таблица результатов:

Количество клеток в сумке	4
Плоидность каждой из них (n или 2n)	n (1n)
Количество клеток, несущих аллель f1	2
Количество клеток, несущих аллель f2	2

Расположение клеток:

• Третья клетка справа округлая: SSRR
• Третья клетка справа кубическая: RRSS

Варианты сумок при мутации f1 → f2:
RSSS SRSS
SSRS SSSR

Задание 14. Биотехнологии. Максимальная оценка – 10 баллов.

Опишите процесс получения клеточной системы для синтеза рекомбинантного белка на основе культуры клеток китайского хомячка (CHO).

Ответ:
1. ПЦР с кДНК для получения последовательности гена (без интронов).
2. Секвенирование и оптимизация кодонового состава.
3. Конструирование вектора (рестрикция, лигирование, рекомбинационное клонирование).
4. Доставка вектора в клетки (вирусная трансфекция, CRISPR/Cas9).
5. Подтверждение интеграции (ПЦР, маркеры типа GFP или гены резистентности к антибиотикам).
6. Использование индуцибельных промоторов.
7. Очистка белка (аффинная хроматография).
Достоинства: Млекопитающие (правильный фолдинг, посттрансляционные модификации, отсутствие необходимости менять кодоны).
Недостатки: Низкий выход, сложность и дороговизна культивирования, риск контаминации и передачи вирусов.

Задание 15. Технологии исследований. Максимальная оценка – 10 баллов.

1. Установите соответствие:

Буквенное обозначение	А	Б	В	Г	Д
Прибор (Y)	3	4	4	3	1
Элемент методики (Z)	V	I	V	I	III

2.1. Какова функция клетки, отмеченной цифрой 1 на рисунке Б?
Ответ: Секреторная, так как цитоплазма содержит множество крупных электронно-прозрачных секреторных вакуолей.

2.2. Сколько пар нуклеотидов содержит молекула митохондриальной ДНК у Placozoa?
Ответ: 23000 п.н.

3. Опишите принципы электрофореза (рисунок Д):
Ответ: Разделение молекул в электрическом поле на основе их заряда, размера и формы. Скорость движения зависит от молекулярной массы; гель (агарозный) создает сопротивление, замедляя более крупные молекулы.